首次全女性太空行走与航天服设计的那些事儿

首次全女性太空行走与航天服设计的那些事儿



10月18日,美国宇航局宇航员Jessica Meir(左)和Christina Koch(右)在国际空间站内合影。她们正在准备航天服和工具,并即将进行历史性的太空行走。

图源:NASA

撰文:MAYA WEI-HAAS

飘浮在近乎真空中的美国宇航员Christina Koch和Jessica Meir创造了历史。她们进行了首次全女性太空行走,在国际空间站外停留了5个小时,更换了失灵的电源控制器。

这一时刻到来之前便已引来许多关注。大约7个月前的3月29日,Christina Koch和Anne McClain就原计划进行历史上首次全女性太空行走。但在预定太空行走的几天前,Anne McClain收到了新的任务:到舱外测试新型太空服“舱外机动套装(EMU)”。

尽管Anne McClain在地面上分别穿着中号和大号的EMU进行了训练,但在太空行走后,她认为中号EMU坚硬的上躯干结构更合身。Christina Koch也需要同一个型号,而另一件中号的EMU有一部分组件无法赶在那次太空行走前组装完成,于是,Anne McClain与她的同事Nick Hague互换了位置。

这次互换引发了一阵喧嚣,但Anne McClain本人提出来的这项决定非常符合当时的情况。毕竟,合身是航天服的首要因素,能防止宇航员身体受伤与过度疲劳。

今年3月,美国宇航局的发言人Stephanie Schierholz告诉《纽约时报》:“当我们能选择换人的时候,这项任务就比单单树立一个很酷的里程碑更重要。”



美国宇航局约翰逊宇航中心的航天服工程师Kristine Davis正在展示新型航天服的原型。该航天服将用于“阿尔特弥斯”探月任务。

图源:JOEL KOWSKY, NASA

这场航天服“风波”其实比单纯的性别问题复杂得多。不过,该事件也为女性参与传统上被男性主导的所有领域都提出了一个非常现实的问题:那些工具最开始压根儿就不是为女性设计的。而且,不可否认的是,女性参与航天事业还有一段艰难的过往,从早期美国宇航员队伍将女性排除在外的决策,到没来由地担忧太空中的月经来潮可能产生生理伤害。

那么,用于太空行走的航天服该如何设计?将人类带上月球或更远地方的新型号航天服有没有把女性考虑在内?我们将为您详细讲解。

从女洋装到多个最合身尺寸

航天服,对于地球引力范围之外长期行动的成功至关重要,能为我们脆弱的人体提供适当的压力、氧气。没了它们,在近乎真空的太空中出现的快速降压,不仅会导致我们血液系统中的气体涌出,还会导致肺部气体的快速膨胀,并可能导致爆裂。

早期美国宇航局的航天服都是专门为每位穿着者单独定制的,而在1978年第一批女性加入美国宇航局宇航员队伍之前,所有宇航员都是男性。

1965年6月,第一套用于太空行走的航天服由宇航员Ed White在“双子星座号”飞船外测试成功。那件21层的服装由用较薄的飞行服改造而成,整体成形,在发射和再入阶段均由宇航员穿着。这套航天服的主要供氧设备仍在飞船上,通过管线连着身处太空的Ed White。

但是,随着所有人的目光都聚焦在登月上,那套装备必须快速迭代。

“美国宇航局的阿波罗项目真的改变了局面。”美国国家航空航天博物馆负责航天服及国际空间项目版块的馆员Cathleen Lewis称,“他们必须得设计出这样一套航天服,不仅能在真空中运作,还能让宇航员探索另外一个星球,而他们要能够起身,到处走,还能自主行动。”

Lewis介绍,阿波罗计划的航天服就像是“小型航天器”,每套都由压力控制系统、供氧系统、尿液收集器、防刺穿材料等组成。不过,Lewis解释,为每位宇航员专门定制个性化的航天服造价不菲,而且航天服随着阿波罗计划的推进变得愈加复杂。在地球上看似简单的一些事情,要在太空中实现就变得非常昂贵,比如改造航天服,好让宇航员能够在月球车里坐下。

这最终导致美国宇航局要求航天服能够重复利用:基于模块化设计,手臂、腿部、躯干等部位的服装能够相互替换。大约在这个时候,第一批美国女性被接受进入宇航员训练项目。也正是这时,让航天服变得合身变得尤其困难,因为男女身体的差别成为了一个重要的因素。

当时的设计目标是让航天服模块能够适应从1.5米高的娇小女性到1.9米高的中等身材男性等各种身材的人。Lewis说:“中等身材的男性还不能是橄榄球中后卫那种,甚至不能是今天四分卫那种大块头身材。”

Lewis称,测试发现,即便是男性航天服也存在难以预料的困难。比如,一名受试者起初的活动范围很受限,他甚至不能把两个手肘在身前相碰。但是,当时没人觉得这是个问题,直到身体瘦小的女性也遇到这个困难。把两个袖孔设计得更近一些,能让胸腔较小的男性和娇小的女性的触碰范围更大。

Lewis说:“这个过程经历了反复尝试。当你得出这个范围之后,就不单单是男女差异的问题了,而是应该得出人类范围的最大极值。”

起初,各种模块的尺寸覆盖了超小号到超大号。不过,多年后,美国宇航局删减了超小号和小号,因为女性一般比男性身材小,所以这一删减主要影响的是女性宇航员。

这些模块化的航天服,成了今年3月份全女性太空行走的障碍,而它们也被用在了前天刚刚发生的太空行走中。Lewis说,这些航天服已经被升级了许多,但美国宇航局的初衷是让每套航天服都要多加利用,最初的合同要求除手套外的部件使用寿命能达到15年。

下一代航天服

目前这种状况可能很快就有一点小改观,起码对于飞往地球轨道之外的太空行走者是如此。10月8日,美国宇航局公布了下一代航天服:探索舱外机动套装(xEMU),将用于“阿尔特弥斯”探月任务。

虽然新设计与现在的航天服很像,比如它们都装饰有鲜艳的红蓝色条纹,但是新航天服仍有许多新特点。比如,据美国宇航局的发布会,xEMU能让宇航员更敏捷,减少他们在月球表面滑稽而又非常浪费体力的跳跃。宇航员甚至还能够把双手举过头顶,目前的EMU航天服做不到这一点。

由于“阿尔特弥斯”探月任务的目标是将一名男性和一名女性送上月球,因此,这套新的航天服应当比之前的航天服更个性化、更合身。每位宇航员都摆出多个姿势、走动,同时进行全身3D扫描。据发布会称,这样做能让美国宇航局为每位男性或女性宇航员匹配“最舒适且能提供最大活动范围的航天服部件。”

虽然新的航天服仍然是混搭设计,但它将使用涵盖更多尺寸的部件。据科技博客《The Verge》称,可调节的肩部能进一步定制化,使其更合身。

“阿尔特弥斯”航天服在登月之前,必须得经历一系列地面测试,甚至是在国际空间站上的测试。即便那样,新型航天服可能也远非完美。无论谁穿着它们,传统加压航天服都很不舒服,难以灵活机动。宇航员要一直在内部空气压力下工作,所以穿着航天服就像是在一个大气球里努力移动。

“你所做的一切似乎都会反弹给你。”Lewis说道。太空行走的宇航员必须经历漫长而艰辛的几个小时,去进行试验或完成修理。即便在十分合身的航天服里,太空行走通常也会给宇航员造成多处软组织受伤和肌腱炎。

正如美国宇航局在“阿尔特弥斯”航天服发布会上所警示的那样,“温顺的人不适合太空旅行。”

(译者:mikegao)

来源:国家地理中文网(官V)